【技术实现步骤摘要】
本申请涉及二次电池，尤其涉及一种正极活性材料、二次电池和用电装置。
技术介绍
1、随着能源危机以及环境问题的不断升级，开发绿色、低碳和环保的新能源迫在眉睫。锂离子电池作为电化学储能装置具有容量大，无记忆效应和应用窗口宽等优点，已被广泛应用在各个领域。在交通领域，以锂离子电池作为动力单元的新能源车正在逐步取代传统燃油车，成为各国人民出行的首选交通工具。目前行业常用的正极活性材料，例如：磷酸铁锂、中低镍三元材料等，由于材料本身的性能限制，其性能无法满足终端客户的需求。
技术实现思路
1、本申请鉴于上述课题而进行的，其目的在于，通过使用多种元素对正极活性材料进行改性，可稳定所述材料的晶体结构，使所述材料具有高能量密度和结构稳定的优点，其制备的电池可兼顾较好的能量密度和循环性能。
2、为了达到上述目的，本申请的第一方面提供了一种含有过渡金属元素的正极活性材料，所述正极活性材料具有分子式lia(nibcocmn1-b-c)1-x-y-z-qzrxalybzqqoe，其中q包括nb、mo、w中的至少一种，0.9≤a≤1.2，0.55≤b≤0.95，0≤c≤0.20，1.8≤e≤2.2，0<x≤0.04，0<y≤0.02，0<z≤0.09，0<q≤0.03；所述正极活性材料包括：镍元素，所述镍元素在镍、钴、锰元素总量中的摩尔占比为55 %以上；钴元素，所述钴元素在镍、钴、锰元素总量中的摩尔占比为20 %以下；第一改性元素zr；第二改性元素al；第三改性元素b；
3、三元材料中，随着镍含量占过渡金属比例的上升，材料的能量密度越来越高，但是较高的能量密度使得材料的电化学稳定性能下降。因此，在本申请的技术方案中，通过在三元材料中加入改性元素，并利用多种不同改性元素与三元材料耦合，能够极大改善三元材料的容量、循环性能。其中，第一改性元素和第二改性元素可以与三元材料体相发生反应，有助于提升材料的结构和优化锂离子的传输，可以明显改善材料的循环稳定性和功率性能。第三改性元素和第四改性元素能够提升材料的容量，使得三元材料能够实现高容量。当这四种改性元素的质量比在上述范围内时，正极活性材料可兼顾较好的容量和稳定性，其制备的电池可兼顾较好的能量密度和循环性能。
4、在任意实施方式中，以所述正极活性材料的总质量为基准计，所述第一改性元素的质量占比为0.05%~1%。
5、在任意实施方式中，以所述正极活性材料的总质量为基准计，所述第二改性元素的质量占比为0.05%~1%。
6、在任意实施方式中，以所述正极活性材料的总质量为基准计，所述第三改性元素的质量占比为0.01%~0.4%。
7、在任意实施方式中，以所述正极活性材料的总质量为基准计，所述第四改性元素的质量占比为0.3%~2.2%。
8、第一改性元素的质量占比在上述范围内时，能够进一步改善材料的能量密度和循环性能；第二改性元素的质量占比在上述范围内时，三元材料的能量密度具有进一步的提高；第三改性元素的质量占比在上述范围内时，能够进一步改善材料的能量密度和循环性能；第四改性元素的质量占比在上述范围内时，材料的循环性能具有进一步提升。
9、在任意实施方式中，所述镍元素在镍、钴、锰元素总量中的摩尔占比为60 %~95 %。
10、在任意实施方式中，所述钴元素在镍、钴、锰元素总量中的摩尔占比为3 %~10 %。
11、正极活性材料中镍元素、钴元素占过渡金属比例的在上述范围内时，材料具有更好的克容量，其制备的电池可更好的兼顾能量密度和循环性能。
12、在任意实施方式中，所述正极活性材料在12 mpa下的粉末电阻率为100~8000ω·cm。
13、材料粉末电阻率在上述范围内时，可进一步改善材料的功率性能。
14、在任意实施方式中，所述正极活性材料为单晶颗粒和多晶颗粒。
15、在任意实施方式中，所述单晶颗粒的比表面积为0.9~1.5 m2/g，所述多晶颗粒的比表面积为0.3~1.0 m2/g。
16、正极活性材料的比表面积在上述范围内时，有利于提升正极材料与电解液的接触面积，使得材料的电化学活性进一步增强。
17、在任意实施方式中，以所述正极活性材料的总数量为基准计，所述单晶颗粒的数量比为10%-95%。
18、在任意实施方式中，以所述正极活性材料的总数量为基准计，所述单晶颗粒的数量比为10%~50%。
19、在任意实施方式中，所述单晶颗粒的体积平均粒径dv50为3~5 μm，所述多晶颗粒的体积平均粒径dv50为4~13 μm。
20、当正极活性材料为单晶颗粒混多晶颗粒时，与单一体系相比，单晶混多晶可以获得较高的压实密度，有利于进一步提升材料的体积能量密度。
21、在任意实施方式中，所述正极活性材料的振实密度为1.9~2.6 g/cm3。
22、本申请的第二方面提供一种锂二次电池，包括本申请第一方面所述的正极活性材料。
23、本申请的第三方面提供一种用电装置，包括本申请第二方面所述的锂二次电池。
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1.一种含有过渡金属元素的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料具有分子式Lia(NibCocMn1-b-c)1-x-y-z-qZrxAlyBzQqOe，其中Q包括Nb、Mo、W中的至少一种，0.9≤a≤1.2，0.55≤b≤0.95，0≤c≤0.20，1.8≤e≤2.2，0<x≤0.04，0<y≤0.02，0<z≤0.09，0<q≤0.03；
2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，以所述正极活性材料的总质量为基准计，所述第一改性元素的质量占比为0.05%~1%。
3.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，以所述正极活性材料的总质量为基准计，所述第二改性元素的质量占比为0.05%~1%。
4.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，以所述正极活性材料的总质量为基准计，所述第三改性元素的质量占比为0.01%~0.4%。
5.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，以所述正极活性材料的总质量为基准计，所述第四改性元素的质量占比为0.3%~2.2%。
6.根据权利要求
7.根据权利要求1-6中任一项所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料在12 MPa下的粉末电阻率为100~8000 Ω·cm。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料为单晶颗粒和多晶颗粒。
9.根据权利要求8所述的正极活性材料，其特征在于，所述单晶颗粒的比表面积为0.9~1.5 m2/g，所述多晶颗粒的比表面积为0.3~1.0 m2/g。
10.根据权利要求8所述的正极活性材料，其特征在于，以所述正极活性材料的总数量为基准计，所述单晶颗粒的数量比为10%~95%。
11.根据权利要求8所述的正极活性材料，其特征在于，以所述正极活性材料的总数量为基准计，所述单晶颗粒的数量比为10%~50%。
12.根据权利要求8所述的正极活性材料，其特征在于，所述单晶颗粒的体积平均粒径Dv50为3~5 μm，所述多晶颗粒的体积平均粒径Dv50为4~13 μm。
13.根据权利要求8所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的振实密度为1.9~2.6 g/cm3。
14.一种锂二次电池，其特征在于，包括权利要求1-13中任一项所述的正极活性材料。
15.一种用电装置，其特征在于，包含权利要求14所述的锂二次电池。
...【技术特征摘要】
1.一种含有过渡金属元素的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料具有分子式lia(nibcocmn1-b-c)1-x-y-z-qzrxalybzqqoe，其中q包括nb、mo、w中的至少一种，0.9≤a≤1.2，0.55≤b≤0.95，0≤c≤0.20，1.8≤e≤2.2，0<x≤0.04，0<y≤0.02，0<z≤0.09，0<q≤0.03；
2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，以所述正极活性材料的总质量为基准计，所述第一改性元素的质量占比为0.05%~1%。
3.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，以所述正极活性材料的总质量为基准计，所述第二改性元素的质量占比为0.05%~1%。
4.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，以所述正极活性材料的总质量为基准计，所述第三改性元素的质量占比为0.01%~0.4%。
5.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，以所述正极活性材料的总质量为基准计，所述第四改性元素的质量占比为0.3%~2.2%。
6.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述镍元素在镍、钴、锰金属元素总量中的摩尔占比为60 %~95 %；和/或，所述钴元素在镍、钴、锰金属元素总量中的摩尔占比为3 %~10 %。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：李圣，叶欣德，钟华，倪欢，颜秋明，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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